2021届高考物理二轮专题分层突破练16 热学(含解析)

专题分层突破练16热学
A组
1.(多选)
(2020福建福州高三模拟)如图所示,绝热隔板K把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分,K与汽缸壁的接触是光滑的。

两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。

气体分子之间相互作用势能可忽略。

现通过电热丝对气体a加热一段时间后,a、b各自达到新的平衡,下列说法正确的是()
A.a的体积增大了,压强变小了
B.b的温度升高了
C.加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈
D.a增加的内能大于b增加的内能
E.气体b温度升高、内能增大、对外做功
2.(多选)
(2020新疆昌吉第九中学高三模拟)如图,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-V图中从a到b的直线所示。

在此过程中()
A.气体温度一直降低
B.气体内能一直增加
C.气体一直对外做功
D.气体一直从外界吸热
E.气体吸收的热量一直全部用于对外做功
3.(多选)(2020四川高三三模)以下说法中正确的是()
A.两分子处在平衡位置时,二者分子势能的和最小
B.在潮湿的天气里,洗过的衣服不容易晾干,是因为没有水分子从衣服上飞出
C.热量可以从低温物体传到高温物体而不引起外界的变化
D.相同温度下液体中悬浮的花粉小颗粒越小,布朗运动越剧烈
E.晶体一定有固定的熔点,但物理性质可能表现各向同性
4.(多选)(2020黑龙江双鸭山高三三模)下列说法正确的是()
A.热量不可能自发地从内能少的物体传到内能多的物体
B.若空气的绝对湿度相同,温度低时感觉比温度高时更潮湿
C.无论是单晶体还是多晶体都一定有规则的几何形状,且一定具有各向异性的特征
D.液体的表面张力是由于液体表面层分子间距离大于平衡距离而产生的
E.密闭在汽缸里的一定质量理想气体发生等压膨胀时,单位时间碰撞器壁单位面积的气体分子数一定减少
5.
(多选)图示描述了一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态,图中ab的延长线过原点,则下列说法正确的是()
A.气体从状态a到b的过程,气体体积不变
B.气体从状态b到c的过程,一定从外界吸收热量
C.气体从状态c到d的过程,外界对气体做功
D.气体从状态d到a的过程,气体对外界做功
E.气体从状态a到b的过程,一定从外界吸收热量
6.
(2020广东广州、深圳学调联盟高三第二次调研)如图,粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端开口,管内有一段水银柱,中管内水银面与管口A之间气体柱长为l A=40 cm,右管内气体柱长为l B=39 cm。

先将开口B封闭,再将左管竖直插入水银槽中,设被封闭的气体为理想气体,整个过程温度不变,若稳定后进入左管的水银面比水银槽水银面低4 cm,已知大气压强p0=76 cmHg,求:
(1)A端上方气柱长度;
(2)稳定后右管内的气体压强。

(2020陕西渭南质量检测)如图,两个圆柱形汽缸平放在水平地面上并固定,两个汽缸通过活塞各封闭一定量的气体,封闭汽缸的活塞通过刚性杆相连,起初两边封闭气体的长度都为d,左、右汽缸的横截面积分别为2S和S,汽缸内壁光滑,两边封闭气体及外界气体压强均为p0,现给刚性杆施加水平向右
时,施于杆的水平向右的外力多大?
的力,使活塞向右缓慢移动,问当活塞向右移动d
2
8.(2020四川绵阳模拟)一热气球体积为V,内部充有温度为T a的热空气,气球外冷空气的温度为T b。

已知空气在1个大气压、温度T a时的密度为ρ0,该气球内、外的气压始终都为1个大气压,重力加速度大小为g。

(1)求该热气球所受浮力的大小;
(2)设充气前热气球的质量为m0,求充气后它还能托起的最大质量m。

B组
9.
(多选)(2020山西太原高三模拟)如图,一定量的理想气体经历了A→B→C→D→A的循环,ABCD位于矩形的四个顶点上。

下列说法正确的是()
T0
A.状态C的温度为3
2
B.从A→B,分子的平均动能减小
C.从C→D,气体密度增大
D.经历A→B→C→D→A一个循环,气体吸收的热量大于释放的热量
E.从B→C,气体从外界吸收热量
10.(2020四川雅安第三次诊断)如图所示,是一个连通器装置,连通器的右管半径为左管的两倍,左端封闭,封有长为30 cm的气柱,左右两管水银面高度差为37.5 cm,左端封闭端下60 cm处有一细管用开关D封闭,细管上端与大气联通,若将开关D打开(空气能进入但水银不会进入细管),稳定后会在左管内产生一段新的空气柱。

已知外界大气压强p0=75 cmHg。

求:稳定后左端管内的所有气柱的总长度为多少?
11.
(2020山东青岛一模)我国是世界上开发利用地下水资源最早的国家之一,浙江余姚河姆渡古文化遗址水井,其年代距今约5 700年。

压水井可以将地下水引到地面上,如图所示,活塞和阀门都只能单向打开,提压把手可使活塞上下移动,使得空气只
能往上走而不往下走。

活塞往上移动时,阀门开启,可将直管中的空气抽到阀门上面;活塞向下移动时,阀门关闭,空气从活塞处溢出,如此循环,地下水就在大气压的作用下通过直管被抽上来了。

阀门下方的直管末端在地下水位线之下,地下水位线距离阀门的高度h=8 m,直管截面积S=0.002 m2,现通过提压把手,使直管中水位缓慢上升4 m。

已知水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,外界大气压强p0=1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,直管中的气体可视为理想气体:
(1)若该装置的机械效率η=0.4,求人对把手做的功;
(2)求直管中剩余空气质量Δm与直管中原空气质量m0之比。

参考答案
专题分层突破练16热学
1.BCD解析当a加热时,气体a的温度升高,压强增大,由于绝热隔板K与汽缸壁的接触是光滑的,可以自由移动,所以a,b两部分的压强始终相同,都变大,故A错误;由于a气体膨胀,b气体被压缩,所以外界对b气体做功,根据热力学第一定律知,b的温度升高了,故B正确;a、b重新平衡后,则最终a、b压强相等,a体积大于b,由理想气体状态方程可知,a温度高于b,则加热后a的分子热运动比b 的分子热运动更激烈,故C正确;由于a气体的最终温度较高,内能增加较多,故D正确;b气体被压缩,外界对b气体做功,故E错误。

=C,知气体的温度一直升高,故A错误;一定量的理2.BCD解析由题图知气体的pV一直增大,由pV
T
想气体内能只跟温度有关,温度一直升高,气体的内能一直增加,故B正确;气体的体积增大,则气体一直对外做功,故C正确;气体的内能一直增加,并且气体一直对外做功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q 可知气体一直从外界吸热,故D正确;气体吸收的热量用于对外做功和增加内能,故E错误。

3.ADE解析两分子处在平衡位置时,二者分子势能的和最小,故A正确;潮湿天气,空气相对湿度大,从衣服飞出的水分子与回到衣服的水分子相等,达到饱和状态,故B错误;在引起外界变化的情况下,热量才可以由低温物体传向高温物体,故C错误;相同温度下液体中悬浮的花粉小颗粒越小,花粉受到水分子的撞击越不平衡,所以布朗运动越剧烈,故D正确;晶体一定有固定的熔点,单晶体具有各向异性,多晶体为各向同性,故E正确。

4.BDE解析只要内能少的物体温度比内能多的物体温度高,热量就可以自发地从内能少的物体传到内能多的物体,故A不符合题意;绝对湿度相同的情况下,温度越低,水的饱和汽压越小,相对湿度越大,所以温度低时感觉比温度高时更潮湿,故B符合题意;多晶体属于晶体,没有固定的几何形状,单晶体具有各向异性,故C不符合题意;液体的表面张力是由于液体表面层分子间距离大于平衡距离而产生的,故D符合题意;密闭在汽缸里的一定质量理想气体发生等压膨胀时,根据理想气体的状态方程
pV
=C可知,气体的温度一定升高,气体分子的平均动能增大,则每一次对器壁的平均撞击力增大,而气T
体的压强不变,所以单位时间碰撞器壁单位面积的气体分子数一定减少,故E符合题意。

T,则从状态a到b,气体发生的是等容变化,气体的体积5.ABE解析因ab的延长线过原点,根据p=C
V
=C,体积增加,气体对外做不变,故A正确;从状态b到c,温度升高,压强不变,根据理想气体状态方程pV
T
功;温度升高,则内能增加,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,气体吸收热量,故B正确;从状态c到d,根T,各点与原点连线的斜率变小,体积变大,体积变大说明气体对外做功,故C错误;从状态d到a,据p=C
V
根据p=C
T,各点与原点连线的斜率变大,体积变小,外界对气体做功,故D错误;从状态a到状态b,气体V
的体积不变,温度升高,由热力学第一定律ΔU=W+Q知,气体吸收热量,故E正确。

6.答案 (1)38 cm(2)78 cmHg
解析 (1)稳定后进入左管的水银面比水银槽水银面低4 cm,则A管内气体的压强为
p A1=(76+4) cmHg
由公式:p0V A0=p A1V A1,
代入数据得:L A1=38 cm
(2)设右管水银面上升h,则右管内气柱长度为l B-h,气体的压强为p1-2ρgh;
由玻意耳定律得:
p0l B=(p1-2ρgh)(l B-h)
解得:h=1 cm
所以右管内气体压强为
p2=p1-2h=78 cmHg
7.答案F=5
3
p0S
解析在活塞移动前后,对左边气体由玻意耳定律有p0d=p1d+d
2
解得p1=2
3
p0
对右边气体有p0d=p2d-d
2
解得p2=2p0
移动后,对两活塞及刚性杆整体受力,由平衡条件得p1·2S+F+p0S=p2S+p0·2S 将最后p1、p2代入上式,
解得:F=5
3
p0S
8.答案 (1)F=ρ0gVT0
T b (2)m=ρ0VT0
T b
−ρ0VT0
T a
-m0
解析 (1)设1个大气压下质量为m的空气在温度T0时的体积为V0,密度为ρ0,温度为T b时的体积为
V Tb,密度为ρTb,则ρ0=m
V0,ρTb=m
V Tb
,V0
T0
=V Tb
T b
解得ρTb=ρ0T0
T b
设气球所受的浮力为F,则F=ρTb gV
解得F=ρ0gVT0
T b
(2)设气球内热空气所受的重力为G,充气后它还能托起的最大质量为m,则G=ρTa Vg
解得G=ρ0gV T0
T a
则m=ρ0VT0
T b −ρ0VT0
T a
-m0
9.ACD解析A→B过程为等压过程,则有V A
T A =V B
T B
,即有V1
2T0
=V2
3T0
,解得V1
V2
=2
3
,C→D过程也为等压过程,
则有V C
T C =V D
T D
,即V1
T0
=V2
T C
,解得T C=V2
V1
T0=3
2
T0,故A正确;从A→B,温度升高,分子平均动能增大,故B错
误;C→D过程为等压变化过程,气体体积减小,气体质量不变,则气体密度增大,故C正确;经历
A→B→C→D→A一个循环,气体内能不变;在p-V图像中,图像与坐标轴围成面积表示功的大小,所以W AB>W DC,即整个过程,气体对外界做功,所以气体吸收的热量大于释放的热量,故D正确;从B→C,气体的体积不变,温度降低,由热力学第一定律ΔU=W+Q知,气体向外界放出热量,故E错误。

10.答案 36 cm
解析空气进入后将左端水银柱隔为两段,上段仅30 cm,对左端空气有
p1=p0-h1=37.5 cmHg
p2=p0-h2=45 cmHg
由玻意耳定律得p1L1S=p2L2S,
解得L2=p1L1
p2 cm=37.5×30
45
cm=25 cm
上段水银柱上移,形成的空气柱长为25 cm,下段空气柱下移,设下移的距离为x,由于U形管右管内径为左管内径的2倍,则右管横截面积为左管的4倍,由等式7.5 cm-x=x
4
,解得x=6 cm,所以产生的空气柱长为:L=(6+5) cm=11 cm
因此产生的空气柱的总长度为11+25=36 cm
11.答案 (1)400 J(2)3
10
解析 (1)直管中水位缓慢上升h1=4 m,则重心上升2 m,则对水做功W有用=mgℎ1
2=h1Sρg·ℎ1
2
=1
2
ρgSℎ12
代入数据可得W有=160 J 则人对把手做的功
W=W
有用
η
=160
0.4
J=400 J
(2)直管中有气体h2=4 m,气体的压强为p1=p0-ρgh1=105 Pa-103×10×4 Pa=0.6×105 Pa 设这些气体在压强为p0时的长度为L,则由玻意耳定律可得p0LS=p1h2S
解得L=2.4 m
则直管中剩余空气质量Δm与直管中原空气质量m0之比Δm
m0=L
ℎ
=2.4
8
=3
10
11 / 11。